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《新科學(xué)家》雜志預(yù)測2011年重大科學(xué)事件

最近更新時間：2013-8-22

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科技是一種迷人的信仰。它的有力，就仿佛是眼前的攀繩，每刻都引人前行。這幾乎是我們能找到的*一件“錯誤也意味著進(jìn)步”的事物——即便是理論的崩塌、技術(shù)的匱乏，卻能在卷土重來后因趨利避害而更為接近真相。“試圖用能給世界一些新意的眼光來看世界，試圖尋找令人信服的價值。”這原本不像在說杰克·凱魯亞克的旅程，而像是描述那根堅實的索繩。握之于手，拾階而上，2011年，我們已伴隨科技在路上。

*地球“兄弟”被發(fā)現(xiàn)，機器人化身崛起，商業(yè)太空飛行向前邁出重大步伐，以上這些進(jìn)展或?qū)⒃?011年的科學(xué)報道中緊緊抓住你的眼球。

一年之前，《新科學(xué)家》雜志曾對2010年zui令人期待的科學(xué)進(jìn)展進(jìn)行了預(yù)測。部分預(yù)測已真切地發(fā)生了：創(chuàng)建*帶有人工基因組的細(xì)胞，以及尼安德特人基因組草圖的完成。但也有關(guān)于美國國家航空航天局（NASA）航天飛機退役的預(yù)測并未成真， “發(fā)現(xiàn)”號沒能在2010年完成它的絕唱。

而今，《新科學(xué)家》雜志決定與美國哈佛醫(yī)學(xué)院的塞繆爾·阿博斯曼合作，以期對2011年的科學(xué)進(jìn)展作出更為準(zhǔn)確的預(yù)測。阿博斯曼是新型科學(xué)計量學(xué)的者，科學(xué)計量學(xué)是一個力求對科學(xué)進(jìn)展進(jìn)行計量的新研究領(lǐng)域，研究預(yù)測新發(fā)現(xiàn)會在何時發(fā)生。

阿博斯曼在2010年9月曾根據(jù)已知的外星世界特性作出了一項的預(yù)測——在2011 年5月前，人們有50%的機會發(fā)現(xiàn)首顆適宜生命存活的系外行星。預(yù)測出臺幾個星期后，這樣的一顆行星就疑似出現(xiàn)了，這顆位于所在恒星系統(tǒng)的“宜居帶”系外行星被認(rèn)為有適合生命存在的條件。除此之外，阿博斯曼使用這一科學(xué)計量法，預(yù)測了2011年其他科學(xué)發(fā)現(xiàn)，并計算出這些新發(fā)現(xiàn)的發(fā)生時間。

現(xiàn)在還不會有“幻數(shù)”元素

計算表明，在2042年前，人們尚無法到達(dá)傳說中的元素周期表zui深處的“穩(wěn)定島”。

目前尚不清楚一種雙幻超重同位素所需的粒子數(shù)目，但理論認(rèn)為，其應(yīng)當(dāng)包含184個質(zhì)子和114個、120個或126個中子?，F(xiàn)已出包含114個質(zhì)子、但中子數(shù)仍不足的原子。2011年，我們能否期待*雙幻島元素的橫空出世？

預(yù)測：逼近穩(wěn)定島

穩(wěn)定的超重元素應(yīng)該是存在的，但這個“穩(wěn)定島”又存在于元素周期表的哪里？要花多久才可能創(chuàng)建出*個“島民”？

我們已能獲得包含114個質(zhì)子、但中子數(shù)仍不足的元素，這看起來已是一路了。事實上要將114號元素的中子數(shù)提高到184并非易事。當(dāng)一種元素的原子向另一種元素的原子團“開火”時，其會融合形成一個更大的原子。但帶有114個質(zhì)子和184個中子的原子，則需要一個強烈的放射性原子束，而這又是現(xiàn)有技術(shù)所無法產(chǎn)生的。

相比之下，通過原子融合倒有可能創(chuàng)造出120號和126號元素的幻數(shù)同位素，不過到目前為止還只能用較輕的重元素來實現(xiàn)。

那么，完成這一壯舉離我們有多近呢？研究人員對所有原子序數(shù)大于100的人工合成同位素的創(chuàng)建成功率進(jìn)行了檢視。隨著老技術(shù)潛力的耗盡和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，這是一個相當(dāng)坎坷的歷程。盡管如此，研究人員還是確定了一種通用模式，使質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)隨時間的推移不斷增長。推算結(jié)果表明，120號元素的幻數(shù)同位素將在2042年完成，而126號元素的幻數(shù)同位素則在2052年面世。

所以，在2011年發(fā)展一名“島民”的前景還是樂觀的。2011年的收獲更可能會在設(shè)法挖掘現(xiàn)有超重原子的化學(xué)性上，這些超重原子也許能給穩(wěn)定島身處何處提供些許線索。

 期待地球的孿生星球

地球人一定為發(fā)現(xiàn)他們的行星兄弟而感到激動：計算表明此項發(fā)現(xiàn)有可能會在2011年發(fā)生。

2010年，每隔4天左右就會發(fā)現(xiàn)一個新的系外行星，到2010年年底，已發(fā)現(xiàn)的系外行星總數(shù)超過了500個。但在9月，一項的發(fā)現(xiàn)打斷了系外行星發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)健步伐：發(fā)現(xiàn)了其表面或可適宜生命生長的地外星球。

這顆名為Gliese 581g的行星是有史以來所發(fā)現(xiàn)的zui類似地球的系外行星，由美國加州大學(xué)史蒂文·沃格領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊發(fā)現(xiàn)。該行星位于圍繞其宿主恒星的“宜居帶”，所謂 “宜居帶”指的是位于該區(qū)域的行星氣候不會太冷也不會太熱，有形成海洋、湖泊和河流的液態(tài)水。Gliese 581g的質(zhì)量是地球的3.1倍至4.3倍，主要由巖石構(gòu)成。雖然第二個天文學(xué)家小組未能利用他們的信號找到其蹤影，但一旦它的存在被證實，這將是人類迄今找到的居住的系外行星。

也許，有更大的獎項正等著我們，那就是一個與我們的地球具有同樣尺寸和溫度的星球。我們的地球絕不是*，地球之外也一定有我們的“兄弟”。那么，這樣的發(fā)現(xiàn)會在2011年到來嗎？

預(yù)測：準(zhǔn)備迎接“孿生兄弟”

就像突然遇見了失散多年、你不曾知道的孿生兄弟一樣，地球人也一定會對發(fā)現(xiàn)第二個地球感到興奮不已。

為了預(yù)測這個重要的時刻，研究人員轉(zhuǎn)向利用阿博斯曼和加州大學(xué)圣克魯茲分校格雷格·拉芙林在2010年早些時候設(shè)計的“地球類似性”測量手段，這個“宜居指數(shù)”是根據(jù)行星的平均溫度和尺寸來進(jìn)行估測的。“熱木星”圍繞其宿主恒星旋轉(zhuǎn)一周的時間僅為短短幾天，其得分接近于零，而與地球特性相似星球的得分則為1。

2010年9月，研究人員根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的每個系外行星的日期標(biāo)注了其宜居指數(shù)，并推導(dǎo)繪制出了指數(shù)曲線，由此推測出類地行星將在2011年5月被發(fā)現(xiàn)。兩個星期后，這樣的一顆行星gliese 581g就橫空出世了，當(dāng)然其是否真正宜居還有待進(jìn)一步確認(rèn)。

目前，研究人員利用相同指數(shù)曲線，推導(dǎo)出gliese 581g的宜居指數(shù)為0.4，并作出了一個新的預(yù)測。研究人員的數(shù)據(jù)表明，在2011年發(fā)現(xiàn)地球的真正孿生兄弟的機會為82%。

這一預(yù)測結(jié)果是相當(dāng)令人興奮的，不過也會受到不確定性的影響，因為系外行星的發(fā)現(xiàn)日期是*已知的因素，更何況，宜居指數(shù)并沒有考慮到行星的大氣層。

系外行星的發(fā)現(xiàn)在2011年2月會有一個爆發(fā)，因為其時美國國家航空航天局的開普勒望遠(yuǎn)鏡將發(fā)布潮水般的數(shù)據(jù)。即使地球的孿生兄弟到時并沒有現(xiàn)身，還會有很多其他的系外行星搜索任務(wù)可以完成此項使命。

百萬美元求解的數(shù)學(xué)問題

2010年，科學(xué)家發(fā)布了一個解決“P對NP”數(shù)學(xué)難題的論文草稿，“一石激起千層浪”，該論文迅速成為學(xué)界關(guān)注和討論的熱點，但隨后遭遇了大量的質(zhì)疑。那么，“P對NP”會在2011年得到的解決方案嗎？

美國惠普實驗室數(shù)學(xué)家維奈·迪奧拉里卡于2010年8月6日在網(wǎng)上提交的關(guān)于論證“P對 NP”問題的論文草稿，就像是一場旋風(fēng)，立刻在互聯(lián)網(wǎng)上掀起了一場軒然大波。雖然其間三易其稿，迪奧拉里卡對自己的證明也作出了解釋，但科學(xué)家從zui初的樂觀，到懷疑，再到發(fā)現(xiàn)其中的漏洞（即他把兩個沒有在論文中被嚴(yán)格定義出來的直觀概念混淆在一起，從而作出了不完善的論證）。不幸的是，迪奧拉里卡的工作并沒有zui終被認(rèn)可。

不過，這場互聯(lián)網(wǎng)爭論旋風(fēng)倒是向人們揭示了一種解決數(shù)學(xué)問題的新方法，那就是通過博客和維基產(chǎn)生了解決該問題的大量新思想。

“P對NP”問題是數(shù)學(xué)家和計算機科學(xué)家斯蒂芬·庫克于1971年首先提出來的。 2000年，美國克雷數(shù)學(xué)研究所挑選出現(xiàn)代數(shù)學(xué)前沿的七大*zui困難zui有意義的問題，各懸賞百萬美元尋求正解，P對NP問題就是其中之一，同時也是計算機科學(xué)領(lǐng)域的zui大難題，關(guān)系到計算機完成一項任務(wù)的速度到底有多快。要解決NP問題往往頗費周折，如發(fā)現(xiàn)幾個城市之間的zui短路徑——盡管它很容易證明可能的解決方案是否正確。

如果P=NP，計算機也許zui終能夠解決從蛋白質(zhì)折疊到分解大數(shù)等大量的復(fù)雜問題，解決因式分解問題則關(guān)系到我們依賴的互聯(lián)網(wǎng)的安全。目前加密系統(tǒng)的破解就相當(dāng)于要將一個整數(shù)分解為幾個因數(shù)的乘積，正是其求解過程的繁瑣，才能杜絕黑客的入侵。大多數(shù)人都假設(shè)P≠NP成立，而這也正是迪奧拉里卡所要證明的。

2011年，會有人zui終拿到克雷數(shù)學(xué)所懸賞的百萬美元獎金嗎？

預(yù)測：解決“P對NP”的時刻尚未到來

與科學(xué)領(lǐng)域的其他許多問題不同的是，像“P對NP”這樣高度理論性的謎題很少會零零碎碎地加以解決。相反，它們傾向于很多年都得不到解決，但突然不知從哪兒冒出來，問題一下解決了。

預(yù)測這些突破似乎是不可能的，但研究人員設(shè)計了一種方法，來估計在2011年解決“P對NP”問題的可能性。研究人員就其“年齡”或該問題從提出到解決的時間與其他長期懸而未決的數(shù)學(xué)問題進(jìn)行了比較。

首先，研究人員比較了“P對NP”與其他18個數(shù)學(xué)難題，這些數(shù)學(xué)難題都是在其“降生” 百年后才得以破解，其中包括費馬大定理、龐加萊猜想等。這使得“P對NP”問題在2011年（其時才40歲）找到zui終解決方案看上去為時過早：其他問題中，只有22%在40歲時得以解決?；谕瑯拥倪壿?，在2024年，我們應(yīng)能看到“P對NP”問題破解的曙光。彼時，它已53歲了，在研究人員檢視的數(shù)學(xué)問題中，有50%在50歲時已找到解決方案。

讓我們祈禱“P對NP”問題的解決時間不要超過“蜂窩猜想”吧。四世紀(jì)古希臘數(shù)學(xué)家佩波斯提出，蜂窩的優(yōu)美形狀，是自然界zui有效勞動的代表。他猜想，人們所見到的、截面呈六邊形的蜂窩，是蜜蜂采用zui少量的蜂蠟建造成的。也就是，如果你需要將一個表面分成大小相等的平面形狀，那么六邊形是分割線長度zui小的形狀。這個問題的證明時間超過了1500年。

研究人員還將“P對NP”問題與其他26個尚未解決的問題進(jìn)行了比較，2011年，“P對NP”的年齡要比其中81%還年輕。

《新科學(xué)家》雜志預(yù)測2011年重大科學(xué)事件

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